DE2241362A1 - CONTROL DEVICE FOR GENERATING LINEAR MOVEMENTS - Google Patents
CONTROL DEVICE FOR GENERATING LINEAR MOVEMENTSInfo
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Description
BROWN, BOVERI & CIE . AKTIENGESELLSCHAFT r£3| |.'ί )%Φ BROWN, BOVERI & CIE. AKTIENGESELLSCHAFT r £ 3 | | .'ί )% Φ
M A N N H EIM BRO WiToCVE R iM A N N H EIM BRO WiToCVE R i
22Λ1362 I22-1362 I.
Mp.-Nr. 590/72 . Mannheim, den 14. August' 1972 j Mp.no. 590/72 . Mannheim, August 14, 1972 j
PAT-H/Bt ' IPAT-H / Bt 'I
Stellvorrichtung zur Erzeugung von linearen Bewegungen.Adjusting device for generating linear movements.
Die Erfindung betrifft eine Stellvorrichtung zur Erzeugung von ' linearen Bewegungen, insbesondere zum Antrieb von SoUwertstel-jThe invention relates to an adjusting device for generating ' linear movements, especially to drive SoUwertstel-j
j lern oder Schiebern. . 1 j learn or slide. . 1
Zur Verstellung von Sollwertgebern, Klappen, Schiebern o. dgl. ! sind meist Stellglieder mit einer linearen Bewegung erforderlich, für die man entweder elektromotorische Antriebe mit einer Umwandlung der rotierenden Bewegung des Läufers über Getriebe in eine lineare Bewegung vorsieht, oder auch elektrohydraulische Drücker oder einen Druckzylinder mit'einem unter dem Druck eines Fluids oder eines Gases stehenden verschiebbaren Kolben, wobei das Fluid oder das Gas in einer getrennten Anlage auf den erforderlichen Betriebsdruck gebracht werdenmuß. Die erstgenannten mechanischen Einrichtungen haben den Nachteil, daß infolge des Schwungmomentes der rotierenden Massen ein kurzzeitiges Stillsetzen Schwierigkeiten bereitet, während die mit unter Druck stehenden Fluiden oder" Gasen arbeitenden Einrichtungen einen zusätzlichen Aufwand in Form der zugehörigen Druckerzeugungsanlage benötigen. Es sind zwar in Form der Linearmotoren Mittel bekannt, elektrische Energie direkt in Kräfte, die in linearer Richtung wirken, umzuwandeln, jedoch sind auch diese Einrichtungen bei kleineren Kräften relativ aufwendig. Hubmagnet te verfügen nur über einen kurzen Hub und haben eine sich mit dem Hubweg verändernde Zugkraft, sind also ebenfalls für den vorliegenden Zweck ungeeignet.For adjusting setpoint generators, flaps, slides or the like! actuators with a linear movement are usually required for which either electric motor drives with a Conversion of the rotating movement of the rotor via gear into a linear movement, or also electro-hydraulic Push-button or a pressure cylinder with one under the pressure a fluid or a gas standing displaceable piston, wherein the fluid or the gas in a separate system on the required operating pressure must be brought. The former mechanical devices have the disadvantage that a short-term due to the momentum of the rotating masses Shutting down is difficult while the facilities are operating with fluids or "gases" under pressure an additional effort in the form of the associated pressure generation system require. Although there are means known in the form of linear motors, electrical energy directly into forces that are in act in the linear direction, but these devices are also relatively expensive for smaller forces. Lifting magnet te have only a short hub and have one with themselves The tensile force that changes the stroke path are therefore also unsuitable for the present purpose.
A09810/01UA09810 / 01U
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390/72 390/7 2
Es ist die Aufgabe der Erfindung, einen Stellantrieb zur Erzeu- \ gung einer linearen Bewegung mit relativ kleiner über den Weg annähernd konstanter Kraft im Bereich von etwa 10"" bis 10 kp mittels elektrischer Energie zu schaffen, dessen materieller Aufwand und Raumbedarf sowie dessen Betriebskosten geringer sind als bei den bisher bekannten Einrichtungen, wobei die Verwendung von Fluiden und unter Druck stehenden Gasen vermieden ist.It is the object of the invention to provide an actuator for Erzeu- \ supply a linear movement with a relatively small approximately constant over the path force in the range of about 10 '' to 10 kgf to provide means of electrical energy, the material costs and space requirements as well as the operating costs are less than in the previously known devices, the use of fluids and pressurized gases being avoided.
Die Lösung der gestellten Aufgabe besteht erfindungsgemäß in einem mindestens zweifach in Lagern mit festem Sitz (Haftsits) gelagerten Bewegungsstab, sowie einem aus einem magnetisierbaren Material bestehenden, an seinem einen Ende mit einer Bohrung versehenen Anker, der zwischen den beiden Lagern auf dem Bewegungsstab angeordnet ist, wobei der Bewegungsstab in losem Sitz (Schiebesitz bis Laufsitz DIN 774-778) in der Bohrung sitzt, daß weiterhin der Anker durch zwei an beiden Flachseiten j in der Nähe dos Stabes angreifende Federn in seiner Mittellage abgestützt ist, und daß das zweite Ende des Ankers zwischen zwei Elektromagneten angeordnet ist, von denen jeweils einer impulsförmig erregbar ist.According to the invention, the object is achieved in a movement rod mounted at least twice in bearings with a tight fit (adhesive seats), as well as one made of a magnetizable one Material existing, at one end provided with a bore anchor, which is between the two bearings on the Movement rod is arranged, with the movement rod in a loose fit (sliding fit to running seat DIN 774-778) in the bore sits that the anchor continues to be in its central position by two springs acting on both flat sides j in the vicinity of the rod is supported, and that the second end of the armature is arranged between two electromagnets, one of which in each case is excitable in pulse form.
Eine Weiterbildung der Erfindung weist einen U-förmigen, aus einem nicht magnetisierbaren Material bestehenden Rahmen auf, zwischen dessen Schenkelenden die Elektromagnete angeordnet sind, wobei fernerhin innerhalb der Schenkel des Rahmens die Läger angeordnet sind, und sich schließlich die zweiten Enden der Federn gegen die Schenkel des Rahmens abstützen.A further development of the invention has a U-shaped frame made of a non-magnetizable material, between the leg ends of which the electromagnets are arranged, furthermore within the legs of the frame Bearings are arranged, and finally the second ends of the springs are supported against the legs of the frame.
In zweckmäßiger Weise sind seitlich an den Schenkeln des Rahmens' in Höhe des Bewegungsstabes Laschen vorgesehen, die an ihrer Innenseite Anschläge aufweisen, an deren Seitenflächen die Scheiben unter dem Druck der Feder anliegen. Hierdurch erhält der Anker eine eindeutige Ruhelage und es wird verhindert, daßConveniently, on the sides of the frame ' Provided at the level of the movement rod tabs which have stops on their inside, on their side surfaces the Washers rest under the pressure of the spring. This gives the anchor a clear rest position and it is prevented that
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beim Zurückstellen des Bewegungsstäbes nach Entregung des Magne-j ten durch die erste Feder die Kraft der zweiten Feder überwunder werden muß.when resetting the movement rod after de-energizing the Magne-j ten by the first spring overcome the force of the second spring must become.
Weitere Einzelheiten, eine Erklärung der Funktion der Einrichtung und vorteilhafte. Weiterbildungen der Erfindung ergeben sict aus den Unteransprüchen und dem im folgenden beschriebenen und in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiel. Es zeigen:For more details, an explanation of the function of the facility and beneficial. Further developments of the invention result from the subclaims and that described below and Embodiment shown in the drawing. Show it:
Die Fig. 1 eine Ansicht der Stelleinrichtung, teilweise aufgeschnitten, Fig. 1 is a view of the adjusting device, partially cut away,
die Fig. 2 eine Ansicht der Stelleinrichtung von oben gesehen mit nicht eingebauten Magneten undFig. 2 is a view of the actuator seen from above with not built-in magnets and
die Fig. 3 eine schematische Darstellung der bei der erfindungsgemäßen Stellvorrichtung auftretenden Kräfte.3 shows a schematic representation of the in accordance with the invention Actuating forces occurring.
In den Zeichnungen ist mit 1 der im Querschnitt kreisförmige Bewegungsstab und mit 2 der Anker bezeichnet, der eine .Bohrung 23 an seinem unteren Ende 21 aufweist. Das obere Ende ist mit 22 bezeichnet. Dieses ist zwischen zwei Elektromagneten 31, 32 angeordnet, die an der Innenseite der Schenkel 41 und 42 eines U-förmigen, aus einem nicht magnetischen Material bestehenden Rahmens 4 angeordnet sind.In the drawings, 1 denotes the movement rod, which is circular in cross section, and 2 denotes the armature, the one .Bohrung 23 at its lower end 21. The top end is with 22 designated. This is arranged between two electromagnets 31, 32 on the inside of the legs 41 and 42 one U-shaped made of a non-magnetic material Frame 4 are arranged.
Der Bewegungsstab 1 ist/in aus Kunststoff bestehenden Lagern 51 und 52, die in den Schenkeln 41 und 42 des Rahmens 4 eingelasser sind, im festen Sitz z.B-. im Haft sit ζ verschiebbar gelagert. Dei Bewegungsstab steckt weiterhin in der Bohrung 23 des Ankers 2 in losem Sitz, z.B. im Schiebesitz oder Laufsitz (nach DIN 774-778). Der Anker 2 ist in seiner Mittellage durch Federn 61 und 62 gehalten, die sich einerseits gegen die Schenkel 41 bzw. 42 des Rahmens 4 und andererseits gegen die breiten Flächen desThe moving rod 1 is in bearings 51 made of plastic and 52, which are embedded in the legs 41 and 42 of the frame 4 are, e.g. in a tight fit. in custody sit ζ slidably mounted. Dei The movement rod is still in the hole 23 of the anchor 2 in a loose fit, e.g. in a sliding seat or a sliding seat (according to DIN 774-778). The armature 2 is held in its central position by springs 61 and 62, which on the one hand press against the legs 41 and 42 of the frame 4 and on the other hand against the wide surfaces of the
*mit einem Durchmesser d„* with a diameter d "
- 4- 4th
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gat4F I (6'O.ICODC/KE)gat4F I (6'O.ICODC / KE)
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im Querschnitt rechteckig ausgebildeten Ankers 2 abstützen. Zwischen den Federn 61 bzw. 62, die den im Querschnitt kreisförmig ausgebildeten Bewegungsstab konzentrisch umfassen, und dem Anker 2 bzw. den Schenkeln 41 bzw. 42 des Rahmens sind jeweils Scheiben 71, 72 und 81, 82 angeordnet, die z.B. aus einem Kunststoff wie Polyäthylen bestehen* Die letzteren haben eine rechteckige Form. Die Lager 51 bzw. 52 sind durch Federn 91, 92, die in Bohrungen der Schenkel 41 bzw. 42 angeordnet sind, gegen den Bewegungsstab 1 angepresst. Die Schenkel 41 bzw. 42 des Rahmens 4 sind in der Höhe des Bewegungsstabes durch zwei äussen an diesen befestigten Laschen 10 verbunden.An der Innenseite der Laschen 10 sind jeweils in Höhe des Ankers 2 Anschläge 101 und 102 angebracht, deren Breite der Dicke des Ankers 2 entspricht. An die Anschläge 101 bzw. 102 legen sich die bereits erwähnten Scheiben 81 und 82 unter Druck der Federn 61 bzw. 62 •an. Auf diese Weise ist die Mittellage des Ankers 2 fixiert. Ein Justieren oder Auswiegen der Federn 61 bzw. 62 ist damit nicht erforderlich. Außerdem wirkt bei einer Bewegung des Bewegungsstabes z.B. nach rechts die Feder 61 nicht mit, da ihre Ausdehnung durch die an den linken Flächen der Anschläge 101 bzw. 102 anliegenden Scheiben 81 begrenzt ist. Bei der Rückführung des Bewegungsstabes 1 wirkt die Feder 62 die Kraft der Feder 61 also nicht entgegen, wodurch die Rückführung in die Mittellage mit ausreichender Geschwindigkeit erfolgt.Support armature 2 with a rectangular cross-section. Disks 71, 72 and 81, 82 are arranged between the springs 61 and 62, which concentrically encompass the movement rod, which is circular in cross-section, and the armature 2 or the legs 41 and 42 of the frame, which are made, for example, of a plastic such as Polyethylene are made * The latter are rectangular in shape. The bearings 51 and 52 are pressed against the moving rod 1 by springs 91, 92 which are arranged in bores in the legs 41 and 42, respectively. The legs 41 and 42 of the frame 4 are connected at the level of the movement rod by two outer brackets 10 attached to the latter. On the inside of the brackets 10, two stops 101 and 102 are attached at the level of the anchor, the width of which corresponds to the thickness of the anchor 2 corresponds. The already mentioned disks 81 and 82 rest against the stops 101 and 102 under the pressure of the springs 61 and 62, respectively. In this way, the central position of the armature 2 is fixed. Adjusting or weighing the springs 61 or 62 is therefore not necessary. In addition, when the movement rod is moved, for example to the right, the spring 61 does not cooperate, since its extension is limited by the disks 81 resting on the left surfaces of the stops 101 and 102, respectively. When the moving rod 1 is returned, the spring 62 does not counteract the force of the spring 61, so that the return to the central position takes place at sufficient speed.
Anschließend wird die Funktionsweise der erfindungsgemäßen Anordnung an Hand der schematischen Darstellung in Fig. 3 erläutert. Bei Erregung z.B. des Elektromagneten 32 wirkt auf das Ende 22 des Ankers 2 eine Kraft F. Diese bewirkt ein geringförmiges Kippen des Ankers 2 auf den Bewegungsstab 1 nach rechts, wodurch das obere Ende 22 um den Wert Z^ S1 verschoben wird. Dabei bleibt die linke Scheibe an den linken Flächen der Anschläge 101 bzw. 102 in unveränderter Lage, während die rechte Scheibe 82 nach rechts bewegt wird. Nach Entregung des MagnetenThe mode of operation of the arrangement according to the invention will then be explained with reference to the schematic illustration in FIG. 3. When the electromagnet 32 is excited, for example, a force F acts on the end 22 of the armature 2. This causes the armature 2 to tilt slightly to the right on the moving rod 1, as a result of which the upper end 22 is displaced by the value Z ^ S 1. The left disk remains in the same position on the left surfaces of the stops 101 and 102, while the right disk 82 is moved to the right. After de-energizing the magnet
32 wird der Anker 2 durch die vorgespannte Feder 62 wieder in32 is the armature 2 by the pretensioned spring 62 again in
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Pat 4 F 1 (670.10000/KE)Pat 4 F 1 (670.10000 / KE)
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die Mittellage zurück geschoben, und zwar so lange, bis die Schei-·· be 82 wieder an die rechten Flächen der Anschläge 101 bzw. 102 zum Anliegen kommt. Damit ist gewährleistet, daß der nächste Arbeitsschritt - gleichgültig in welcher Richtung dieser erfolgt - gleich groß ist wie der vorhergehende Schritt.pushed back the middle layer until the disc be 82 comes to rest on the right-hand surfaces of the stops 101 and 102, respectively. This ensures that the next Work step - regardless of the direction in which it is carried out - is the same size as the previous step.
Bei der Kippbewegung des Ankers 2 erfolgt ein Verklemmen des Bewegungsstabes 1 in der Bohrung 23 des Ankers 2 mit den Kräften G an der linken bzw. rechten Flachseite des Ankers. Die Größe der" Kraft G ist abhängig von der Kraft F, dem Abstand r^ der Mittelachse des Bewegungsstabes 1 von dem gedachten Angriffspunkt der Kraft F, sowie von der Größe r2 der halben Diagonalen der Bohrung 23 im Anker 2, sowie der Breite d^ des Ankers. Unter der Wirkung der Kraft F ergibt sich bezogen auf die Bohrung 23 ein Drehmoment · .During the tilting movement of the armature 2, the movement rod 1 is jammed in the bore 23 of the armature 2 with the forces G on the left and right flat side of the armature. The size of the "force G depends on the force F, the distance r ^ of the central axis of the movement rod 1 from the imaginary point of application of the force F, and on the size r 2 of the half diagonal of the hole 23 in the armature 2, and the width d ^ of the armature. Under the action of the force F, a torque results in relation to the bore 23.
M = r-, . F,
dem ein Gegenmoment gleicher Größe vonM = r-,. F,
a counter-torque of the same size of
2 . ro . G·2. r o . G·
entgegensteht. Dabei muß die Kraft Gr als senkrecht zur Diagonale ν2 d-er Bohrung 23 wirkend angesehen werden. Ausgedrücktopposes. The force G r must ν2 to the diagonal bore he d- be regarded as acting 23 vertically. Expressed
1
r 1
r
durch die Kraft F ergibt sich dannthe force F then gives
1 r 1 r
Gl _ I ff ? · Gl _ I ff? ·
und für die senkrechte, zur Achse des BewegungsStabes 1 wirkende Komponente G, die als Anpresskraft wirkt,and for the perpendicular to the axis of the moving rod 1 Component G, which acts as a contact force,
= Lll G« = 1 . h . Il . F 2? 4 r2 r2 = Lll G «= 1. h . Il. F 2? 4 r 2 r 2
Die in Richtung der Achse des Bewegungsstabes wirkende Kraft ist'The force acting in the direction of the axis of the moving rod is'
bei einem Reibungskoeffizienten KJ[/Λ zwischen Bewegungsstab 1 und iwith a coefficient of friction KJ [/ Λ between moving rod 1 and i
/I OO/ I OO
Anker 2 dannAnchor 2 then
F1 = 2JUA . GF 1 = 2JUA . G
4098 10/01144098 10/0114
P.il -1 Γ 1 CK70 100UI.VKL)P.il -1 Γ 1 CK70 100UI.VKL)
Durch die weiter wirkende Kraft F erfolgt nun eine Verschiebung des Bewegungsstabes um den Wert Δ s gegen die Lagerreibkraft H der beiden Lager 51 bzw. 52, die Gegenkraft R der Feder 62, sowie die Gegenkraft P des zu verstellenden Antriebsgliedes. Die Lagerreibkraft istAs a result of the force F, which continues to act, the movement rod is now shifted by the value Δ s against the bearing friction force H. of the two bearings 51 and 52, the counterforce R of the spring 62, and the counterforce P of the drive member to be adjusted. The bearing friction is
wobei /V2 der Reibungskoeffizient und K die Kraft der Feder 92 ist.where / V 2 is the coefficient of friction and K is the force of the spring 92.
Yor-aussetzung für eine Bewegung des Bewegungsstabes 1 ist, daß die Kraft F1 größer ist als die Summe der Kraft H der Lagerreibung, der Gegenkraft R der Feder 62, sowie der Gegenkraft P des zu verstellenden Gegenstandes. Als zweckmäßiger Wert für die Dimensionierung der Stelleinrichtung hat sich ein Verhältnis des Abstandes r^ der Mittelachse des Bewegungsstabes von dem gedachten Angriffspunkt der Kraft F zu dem Durchmesser r.p der Diagonale der Bohrung 23 von 8 : 1 und für die Reibungskraft der Lager 51 bzw. 52 etwa das Doppelte der Kraft R der Feder 61 bzw. 62 erwiesen.The prerequisite for a movement of the moving rod 1 is that the force F 1 is greater than the sum of the force H of the bearing friction, the counterforce R of the spring 62, and the counterforce P of the object to be adjusted. A suitable value for the dimensioning of the adjusting device is a ratio of the distance r ^ of the center axis of the movement rod from the imaginary point of application of the force F to the diameter rp of the diagonal of the bore 23 of 8: 1 and for the frictional force of the bearings 51 and 52 about twice the force R of the spring 61 and 62, respectively.
Bei Entregung des Elektromagneten 32 verschwinden die Kräfte F und G und es erfolgt durch die Wirkung der Kraft R der Feder 62 eine Rückstellung des Ankers 2 in seine Ruhelage. Der Bewegungsstab 1 wird dabei durch die Reibkraft H der beiden Lager 51 und 52 in der neuen Lage festgehalten. Anschließend erfolgt eine neue Erregung des Elektromagneten 32 und es wiederholt sich der eben beschriebene Arbeitsvorgang.When the electromagnet 32 is de-energized, the forces F and G disappear and the effect of the force R of the spring 62 takes place a return of the armature 2 in its rest position. The movement rod 1 is by the frictional force H of the two bearings 51 and 52 held in the new position. Then there is a new excitation of the electromagnet 32 and it is repeated work process just described.
Die Anwendung der erfindungsgemäßen Stellvorrichtungen kann bei beliebigen Stellgliedern erfolgen. Sie ist besonders geeignet für die Einstellung von Sollwertstellern für Regeleinrichtungen als auch für die Betätigung von Luftklappen oder Schiebern zur Luftmischeinrichtung von Klima-Anlagen wie z.B. einer solchen nach dem DBP 1 189 110. The actuating devices according to the invention can be used with any actuating elements. It is particularly suitable for setting setpoint adjusters for control devices as well as for actuating air flaps or slides for air mixing devices in air conditioning systems such as those according to DBP 1 189 110.
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Λ 0 9 8 1 0/01 UΛ 0 9 8 1 0/01 U
PaM F 1 (6'0.100RVKE)PaM F 1 (6'0.100RVKE)
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C3 | Grant after two publication steps (3rd publication) | ||
| E77 | Valid patent as to the heymanns-index 1977 | ||
| 8320 | Willingness to grant licences declared (paragraph 23) | ||
| 8327 | Change in the person/name/address of the patent owner |
Owner name: BBC BROWN BOVERI AG, 6800 MANNHEIM, DE |
|
| 8327 | Change in the person/name/address of the patent owner |
Owner name: ASEA BROWN BOVERI AG, 6800 MANNHEIM, DE |